CN1134524A - 对数螺旋线齿锥齿轮及加工该齿轮用对数螺旋线凸轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对数螺旋线齿锥齿轮及加工该齿轮用对数螺旋线凸轮，属于机械领域，其特点是该齿轮的齿面节线为对数螺旋线，其齿形为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，在法向剖面内齿形为直线，该凸轮按对数螺旋线规律旋转，且其上有一与被加工工件齿面节线相同的曲线槽，该齿轮是一种高精度齿轮，不仅啮合精度高，而且加工简单，维修方便。

Description

对数螺旋线齿锥齿轮及加工该齿轮用对数螺旋线凸轮

本发明涉及一种对数螺旋线齿锥齿轮及加工该齿轮用对数螺旋线凸轮，属于机械领域。

齿轮生产在现代化机械制造业中占有重要地位，而锥齿轮在机械传动中的应用更是相当普遍，在锥齿轮传动中，由于直齿锥齿轮在传动的平稳性以及承载能力等方面，不如更加优越的螺旋锥齿轮，所以大型机械传动中的重型齿轮一般都采用螺旋锥齿轮，现有的螺旋锥齿轮按齿面节线分，大致有三种，一种是圆弧齿锥齿轮，一种是延伸外摆线齿锥齿轮，还有一种是准渐开线齿锥齿轮。这三种齿轮中使用最广泛的是圆弧齿锥齿轮，其次就是延伸外摆线齿锥齿轮。螺旋锥齿轮与直齿锥齿轮相比，在使用上有以下优点：1.增大了接触比，也就是增加了重迭系数，由于螺旋锥齿轮的齿线是曲线的，在传动过程中至少有两个或两个以上的齿同时接触，重迭交替接触的结果，减轻了冲击，使传动平稳，降低了噪音；2.由于螺旋角的关系，重迭系数增大，因而负荷比压降低，磨损较均匀，相应的增大了齿轮的负载能力，增长了使用寿命；3.可以实现大的传动比，小轮的齿数可以少至五齿；4.可以调整刀盘半径，利用齿线曲率修正接触区；5.可以进行齿面的研磨，以降低噪音、改善接触区和提高齿面光洁度。但是现有的螺旋锥齿轮的缺陷也是非常显著的。首先是啮合的精度难以进一步提高，这是由现有螺旋锥齿轮本身的齿形特点所造成，例如圆弧齿锥齿轮和延伸外摆线齿锥齿轮，它们的齿面节线分别为圆弧的一部分和延伸外摆线的一部分，无论是圆弧齿锥齿轮还是延伸外摆线齿锥齿轮，它们在齿长方向上齿面节线各点。的螺旋角是不等的，因此一对匹配的螺旋锥齿轮除齿面节线中点处螺旋角是相等的之外，其它各点处的螺旋角是不等的，根据螺旋锥齿轮啮合原理可知，一对螺旋锥齿轮要想正确啮合必须满足以下条件：1.两轮的螺旋角必须大小相等，方向相反；2.两轮的法向压力角相等；3.两轮的法向模数必须相等，虽然后两个条件能够满足，但由于现有螺旋锥齿轮齿形本身的原因，第一个条件是无法满足的，要想提高其啮合精度，必须对匹配的一对螺旋锥齿轮的螺旋角进行修正，使其尽可能相等，这样才能使两个相互匹配的齿轮正确啮合，显然，要使相互匹配的两个螺旋锥齿轮在齿长方向上，齿面节线各点的螺旋角完全相等，加工工件的工艺是相当复杂的，甚至是不可能的，因此啮合精度的提高是有限的，而且也使齿轮本身造价大大提高了，另外，在使用过程中，修正后的匹配齿轮，只能同时使用，同时更换，不能单独更换，这就造成了相当大的浪费，极大地提高了设备使用和维护的费用。其次，现有螺旋锥齿轮的制作是比较复杂的，特别是在重型齿轮的制作上更是如此。我们知道制作现有圆弧齿锥齿轮的切齿原理是按“假想平顶齿轮”原理考虑的，也就是在切齿过程中，假想有一个平顶齿轮与机床摇台同心，它通过机床摇台的转动而与被切削齿轮做无隙的啮合，这个假想平顶齿轮就是刀具，刀具切削刃在齿坯上逐渐切出齿形，若加工的齿轮越大，这个假想的平顶齿轮(即：刀具)也就越大，刀具的制作以及刀具刃的修磨也就更加困难，加工齿轮所需设备也就更加庞大复杂，制作现有延伸外摆线齿锥齿轮也是如此，我们知道延伸外摆线齿锥齿轮的切齿原理是按“假想平面齿轮原理考虑的”就是在切齿过程中，以假想平面齿轮与被切齿轮做无隙啮合，这个假想平面齿轮就是刀具，刀具的切削刃在齿坯上逐渐切出齿形，显然加工的齿轮越大，这个假想平面齿轮(即：刀具)，也就越大，由此我们不难看出，现有螺旋锥齿轮的制作是比较复杂的，持别是在制作重型齿轮方面就更加困难了，重型齿轮体积宠大，加工它们所用的铣刀盘也相当宠大，大型铣刀盘本身制作就相当困难，而且其刃的修磨也相当的复杂，可见加工大型齿轮的设备无疑也是相当庞大复杂的，这不仅极大地提高大型齿轮的生产成本及生产的技术难度，而且也使大型齿轮规格尺寸进一步提高受到限制。

本发明的目的旨在提供一种新的螺旋锥齿轮以及加工这种齿轮用的凸轮，即：对数螺旋线齿锥齿轮及加工该齿轮用对数螺旋线凸轮。这种新的螺旋锥齿轮不仅囊括了现有螺旋锥齿轮的全部优点，而且解决了现有螺旋锥齿轮存在的无法克服的缺陷问题，它不仅使螺旋锥齿轮的啮合精度得到极大的提高，而且使制作工艺的难度及生产成本大大降低，特别是在制造重型齿轮方面其优势更为突出，极大地扩大了齿轮制作的规格范围。

本发明是这样实现的：

本发明的锥齿轮为对数螺旋线齿锥齿轮，其齿面节线是对数螺旋线的一部分，其齿形为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，在法向剖面内齿形为直线。该对数螺旋线齿锥齿轮的螺旋角可以在30°～40°中任意取值。加工该对数螺旋线齿锥齿轮用的凸轮为对数螺旋线轮，它包括一端有轴孔并与轴固定在一起的支承板和嵌在支承板中与支承板齐平并带有一通槽的凸片两部分，其中通槽为曲线槽，该曲线为对数螺旋线的一部分，相当于对数螺旋线齿锥齿轮的假想平面齿轮的齿面节线，该曲线的螺旋角与被加工工件的螺旋角是相等的。本发明的锥齿轮是通过以下措施切制而成的：1.切制的刀具采用20°(因为公称法向压力角是20°)普通直线刀刃的碟形铣刀；2.切制过程是先让刀具旋转一个螺旋角的角度，并使其作旋转切削运动，同时刀具沿主床身作等速进给运动，工件则通过对数螺旋线轮作对数螺旋线旋转运动，刀具的切削刃在齿坯上逐渐切出齿形。本发明的锥齿轮，其齿面节线是由铣刀作等速进给运动和工件按对数螺旋线旋转运动所合成的，因此是一条精确的对数螺旋线，由对数螺旋线的性质可知本发明的锥齿轮其螺旋角是处处相等的，由于铣刀螺牙是法向直廓工件的，切削刃平面垂直于齿面节线，切削刃的压力角等于锥齿轮的法向压力角，都是20°，因此形成本发明锥齿轮的齿形为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，法向剖面内齿形为直线型，由于铣刀为普通碟形铣刀，其切削刃为直线，所以，铣刀极易制造和刃磨，由于刀具极易制造，相似于铣刀的砂轮也易制造，很容易实现磨齿，因此对数螺旋线齿锥齿轮是一种高精度齿轮。由上述本发明的锥齿轮切制过程不难看出本发明的锥齿轮，其相互匹配的一对很容易满足螺旋锥齿轮正确啮合所需的下列条件：1.两轮的螺旋角大小相等，方向相反；2.两轮的法向压力角相等(均为20°)；3.两轮的法向模数相等(由机床本身决定)。因此，本发明的锥齿轮能够完全正确啮合，其制作工艺简单的类似于“延长渐开线蜗杆”螺旋面的形成原理，所不同的只是延长渐开线蜗杆的螺旋面在圆柱上，是普通螺旋线；而对数螺旋线齿锥齿轮的螺旋面在锥体上，而且是对数螺旋线。

与现有的螺旋锥齿轮相比本发明优点在于：

1.囊括了现有螺旋锥齿轮的全部优点，即：①增大了接触比，减轻了冲击，使齿轮传动更加平稳，降低了噪音；②由于螺旋角处处相等，极大地增大了重迭系数，因而负荷比压大大降低，磨损更加均匀，极大地增大了齿轮的负载能力，增长了使用寿命；③可以实现大的传动比，小轮的齿数可以比现有螺旋锥齿轮的齿数更少；④不需修正接触区即可完全正确啮合；⑤齿面研磨相当简单容易，使齿面光洁度更高，噪音更低。2.解决了现有螺旋锥齿轮存在的啮合精度难以进一步提高，以及制作复杂，技术难度大，生产成本高，特别在重型齿轮方面其规格尺寸难以进一步提高等一系列问题，其加工的精度高，是一种高精度齿轮，啮合精度之高是现有螺旋锥齿轮难以相比的，其制作是相当简单的，其加工工艺采用螺牙法向直廓工艺类似于“延长渐开线蜗杆”螺旋面的形成原理，其刀具是20°普通直线刀刃的碟形铣刀，制造是很简单的，刃磨也很容易，而且刀具不会因加工重型齿轮尺寸规格增大而增大，因而可大幅度降低重型齿轮的生产成本和技术难度，便于扩大加工重型齿轮的规格尺寸范围。

3.容易实现磨齿，这是因为刀具是直线刀刃的碟形铣刀，极易制造，所以相似于铣刀的砂轮也是直线型的极易制造，实现磨齿也就很容易。

4.由于本发明的锥齿轮其螺旋角不需修正即能保证齿轮完全正确啮合，其啮合精度相当高是现有螺旋锥齿轮无法达到的，因此，齿轮更换可单个进行，而不象现有螺旋锥齿轮更换需成对进行，因此大大降低设备使用和维护的费用。

5.本发明加工规格范围广，不仅可加工成螺旋角为30°～40°的锥齿轮，而且还可加工成等高齿锥齿轮，渐缩齿锥齿轮，既可加工轴线为90°传动的锥齿轮，也可加工轴线大于90°或小于90°传动的锥齿轮。

附图说明如下：

图1为本发明的锥齿轮假想平面齿轮示意图；

图2为本发明的锥齿轮等高齿齿轮齿面立体示意图；

图3为本发明的对数螺旋线凸轮示意图；

图4为图3的切剖示意图；

图5为本发明的锥齿轮螺旋角为30时的齿面节线示意图。

其中：[1]---本发明的锥齿轮假想平面齿轮的节锥面、[2]---假想平面齿轮的齿面节线与本发明锥齿轮的齿面节线共轭、[3]---齿面节线各点的螺旋角、[4]---凸面、[5]---齿顶、[6]---凹面、[7]---齿底、[8]---齿形、[9]---齿面节线、[10]---凸轮、[11]---支承板、[12]---凸片、[13]---对数螺旋线曲线槽、[14]---轴孔、[15]---轴1、[16]---轴2、[17]---螺旋角为30°的对数螺旋线齿面节线。

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述如下：

本发明的锥齿轮为对数螺旋线齿锥齿轮，其齿面节线[9]是对数螺旋线的一部分，其齿形[8]为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，在法向剖面内齿形为直线。该对数螺旋线齿锥齿轮的螺旋角[3]可以在30°～40°中任意取值。加工该对数螺旋线齿锥齿轮用的凸轮[10]为对数螺旋线轮，它的转动是按照对数螺旋线的运动规律旋转的，它包括一端有轴孔[14]并与轴1[15]固定在一起的支承板[11]和嵌在支承板中与支承板齐平并带有一通槽[13]的凸片[12]两部分，其中通槽为曲线槽，该曲线为对数螺旋线的一部分，相当于对数螺旋线齿锥齿轮的假想平面齿轮的齿面节线[2]，该曲线的螺旋角与被加工工件的螺旋角是相等的。由对数螺旋线的性质可知，对数螺旋线上各点的螺旋角是彼此相等的。对数螺旋线齿锥齿轮的齿面包括凸面[4]、齿顶[5]、凹面[6]、齿底[7]部分。切制本发明的锥齿轮的机床是YL27250，刀具采用20°(因为公称法向压力角是20°)普通直线刀刃的碟形铣刀；切制过程是先让刀具旋转一个螺旋角[3]的角度，并使刀具作旋转切削运动，同时刀具沿主床身作等速进给运动，工件则通过对数螺旋线凸轮[10]作对数螺旋线旋转运动(凸轮[10]的旋转是靠嵌在凸轮曲线槽[13]内轴2[16]的平移实现的)，刀具的切削刃在齿坯上逐渐切出齿形，其切削的方式是采用铣刀螺牙法向直廓齿坯的方式，工艺类似于螺牙法向直廓蜗杆的工艺，形成的齿形为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，法向剖面内齿形为直线。

对数螺旋线的极座标方程式为ρ＝b、其螺旋角的方程式为ctgβ＝＝ρ′＝b lnb令θ＝0，则b＝1，ctg β＝lnb，当β＝30°时，b＝e≈5.6522，所以螺旋角β＝30，其齿面节线的极座标方程式为ρ≈5.6522。

Claims (3)

1.一种螺旋锥齿轮，其特征在于：上述锥齿轮为对数螺旋线齿锥齿轮，其齿形为端面齿形为延长渐开线，轴向剖面齿形为曲线，在法向剖面内齿形为直线。

2.根据权利要求1所述的锥齿轮，其特征在于：该对数螺旋线齿锥齿轮的螺旋角为30°～40°中的任意一个角度。

3.一种加工权利要求1所述锥齿轮用凸轮，其特征在于：上述凸轮为对数螺旋线轮，它包括一端有轴孔并与轴固定在一起的支承板和嵌在支承板中与支承板齐平并带有一通槽的凸片两部分，其中通槽为曲线槽，该曲线为对数螺旋线的一部分。

Images